Руководство по подбору составов конструктивных легких бетонов на пористых заполнителях
Обновлено: 24.04.2024
Легкий бетон — эффективный материал. Конструкции из легких бетонов позволяют улучшить теплотехнические и акустические свойства зданий, значительно снизить их массу, успешно решить проблему объемного и многоэтажного строительства, а также строительства в сейсмических районах страны. Применение легких бетонов позволяет уменьшить стоимость строительства на 10. 20%, снизить трудовые затраты на стройках до 50%, увеличить производительность труда на 20%. Развитие производства бетонов с применением пористых заполнителей характерно как для нашей страны, так и зарубежного строительства. Но в нашей стране наиболее широко используемым заполнителем является керамзит, а также аглопорит, перлит и др. За рубежом более типичным легким заполнителем является термозит (шлаковая пемза).
К легким бетонам относятся бетоны, имеющие плотность ρ = 500…1800 кг/м 3 . Плотность бетона зависит от плотности заполнителей и их расхода. Основные требования к легким бетонам: высокие Rизг и морозостойкость при минимальных показателях плотности и расхода цемента. Применение легких бетонов позволяет улучшить теплотехнические и акустические свойства зданий, значительно снизить их массу.
Классификация легких бетонов
Классификация легких бетонов по назначению:
– конструкционные бетоны (плотность 1400…1800 кг/м 3 ; коэффициент теплопроводности 0,35…0,6 Вт/(м∙град));
– конструкционно-теплоизоляционные бетоны (плотность 500…1400 кг/м 3 ; коэффициент теплопроводности 0,20…0,35 Вт/(м∙град));
– теплоизоляционные бетоны (плотность 200…500 кг/м 3 ; коэффициент теплопроводности менее 0,20 Вт/(м∙град)).
Классификация по способу создания пористости:
– легкие бетоны на пористых заполнителях;
– крупнопористые (беспесчаные) легкие бетоны;
Классификация легких бетоны по прочности: М25, М35, М50, М75, М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400.
Классификация легких бетоны по морозостойкости: F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500. Возможность получения легких бетонов с высокой морозостойкостью и малой водонепроницаемостью расширило области их применения.
Классификация легких бетоны по плотности: Д200, Д300, Д400…Д1800.
Легкие бетоны на пористых заполнителях
Легкие бетоны на пористых заполнителях получают все большее применение в строительстве благодаря меньшей плотности при достаточно большой прочности и ряду сравнительно благоприятных свойств - повышенной долговечности, морозостойкости, водонепроницаемости, огнестойкости, коррозионной стойкости, меньшей теплопроводности и стоимости. Минеральная преимущественно основа легких бетонов и отсутствие вредных примесей в используемом сырье делает эти бетоны экологически чистыми и безопасными. Это позволяет успешно использовать их в несущих сборных и монолитных конструкциях - колоннах, плитах перекрытий, балках, фермах, пролетных строениях мостов, куполах, каркасах высотных зданий, силосах, элеваторах и др. сооружениях; в ограждающих конструкциях - однослойных наружных стенах и плитах покрытий, а также в качестве теплозвукоизоляционного материала в слоистых конструкциях наружных стен и плит покрытий, межквартирных перегородках и междуэтажных перекрытиях.
Пористые заполнители, используемые для изготовления легких бетонов, подразделяются на природные и искусственные.
Природные получают путем дробления и рассева на фракции горных пород вулканического туфа, лавы, пемзы, известняка-ракушечника и других пористых горных пород.
Бетоны на их основе: пемзобетон, туфобетоны, опокобетоны. Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья – это керамзит, перлит, вермикулит и т.д., а также отходами металлургической и химической промышленности - доменные, электротермофосфорные и топливные шлаки и золы ТЭС.
Бетоны на их основе:
• керамзитобетон (бетон на керамзитовом гравии);
• шунгизитобетон (бетон на шунгизитовом гравии);
• аглопоритобетон (бетон на аглопоритовом щебне);
• шлакопемзобетон (бетон на шлакопемзовых щебне и гравии);
• перлитобетон (бетон на вспученном перлитовом щебне);
• вермикулитобетон (бетон на вспученном вермикулите);
• шлакобетон (бетон на золошлаковых смесях тепловых электростанций (ТЭС) или на пористом топливном шлаке);
• бетон на аглопоритовом гравии;
• бетон на зольном гравии;
Для производства легких бетонов возможно применение одновременно различных видов пористых заполнителей. Так, получают, например, керамзитоперлитобетон, керамзитовермикулитобетон и др. (В названии бетона сначала отражается вид крупного заполнителя, а затем мелкого.)
Разновидностями легких бетонов на органических заполнителях являются арболит, опилкобетоны, изготавливаемые с применением продуктов переработки древесины и другого растительного сырья, бетон на пенополистирольных заполнителях и др.
Рекомендации по подбору составов легких бетонов (к ГОСТ 27006-86)
УТВЕРЖДЕНЫ протоколом Госстроя СССР от 19 декабря 1989 г. N АЧ-40.
Содержат методики подбора составов конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных легких бетонов, в том числе с минеральными и химическими добавками.
Для инженерно-технических работников заводских лабораторий и ОТК, строительных лабораторий, центральных исследовательских лабораторий и других организаций, проектирующих составы бетона.
При пользовании Рекомендациями следует учитывать утвержденные изменения государственных стандартов, публикуемые в журнале "Бюллетень строительной техники" Госстроя СССР и информационном указателе "Государственные стандарты СССР" Госстандарта СССР.
Настоящие Рекомендации разработаны к ГОСТ 27006-86 "Бетоны. Правила подбора состава" и предназначены для назначения и выдачи в производство составов легкого бетона с заданными свойствами при экономном расходовании цемента на предприятиях и в строительных организациях при изготовлении сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций и приготовлении бетонной смеси для монолитных конструкций и сооружений, а также для разработки производственно-технических норм расхода материалов.
Рекомендации включают методы подбора, назначения и выдачи в производство состава легких конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов с учетом специфических требований к ним, особенностей свойств сырьевых материалов и технологии изготовления.
Разработаны ВНИИжелезобетона Госстроя СССР (В.Г.Довжик, канд. техн. наук - руководитель темы; кандидаты техн. наук: Е.В.Фридман, И.С.Хаймов; инженеры: Б.А.Верскаин, М.Г.Панфилова, Е.Н.Трунович, С.П.Абрамова), НИИЖБ Госстроя СССР (И.Е.Путляев, д-р техн. наук; кандидаты техн. наук: Р.К.Житкевич, В.И.Савин, В.Н.Ярмаковский), Оргэнергостроем Минэнерго СССР (В.А.Дорф, канд. техн. наук), ЦНИИСом Минтрансстроя СССР (К.М.Кац, канд. техн. наук).
Подготовлены к изданию Отделом стандартизации в строительстве Главного управления технического нормирования, стандартизации и метрологии Госстроя СССР (В.В.Тишенко, И.Н.Нагорняк).
При разработке Рекомендаций учтены положения и инструкции по технологии и подбору составов легких бетонов, разработанные АрмНИИС Госстроя АрмССР, ЦНИИЭП жилища Госкомархитектуры, НИИСМИ Минстройматериалов УССР, ДальНИИС Госстроя СССР, ЦНИИОМТП Госстроя СССР, МИСИ им. В.В.Куйбышева Госкомобразования СССР и другими организациями, а также опыт передовых предприятий стройиндустрии страны.
Все замечания и предложения по содержанию Рекомендаций, а также сведения о результатах их применения просьба направлять во ВНИИжелезобетон Госстроя СССР по адресу: 111524, Москва, ул. Плеханова, 7.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящие Рекомендации разработаны к ГОСТ 27006-86 и распространяются на подбор состава легких бетонов, приготовленных на цементном вяжущем, крупном пористом и мелком пористом или плотном заполнителях.
1.2. Изложенные в Рекомендациях методы подбора состава легких бетонов распространяются на:
конструкционно-теплоизоляционные бетоны, применяемые для изготовления однослойных стеновых панелей и крупных блоков и теплоизолирующего слоя многослойных стеновых панелей, а также других ограждающих строительных конструкций жилых, общественных и производственных зданий, к которым в первую очередь предъявляются требования по теплоизолирующей способности;
конструкционные бетоны, применяемые для изготовления несущих строительных конструкций зданий и сооружений и других конструкций, а также для конструкционных слоев многослойных панелей, цокольных панелей, для которых требования по теплоизолирующей способности не предъявляются или не являются определяющими.
1.3. Приведенные в Рекомендациях методы подбора состава бетона учитывают, в первую очередь, условия производства сборных конструкций и изделий из легких бетонов. При подборе составов легких бетонов для монолитного строительства помимо основных положений методики, описанной в Рекомендациях, необходимо учитывать специфические требования к бетонам и бетонным смесям для монолитного строительства с учетом условий их приготовления, транспортирования, укладки и твердения.
1.4. Подбор состава конструкционно-теплоизоляционного и конструкционного легкого бетона производят с целью получения бетона в конструкциях с прочностью, средней плотностью (далее - плотностью) и другими показателями качества, установленными государственными стандартами, техническими условиями и проектной документацией на эти конструкции при минимально возможных расходе цемента и общей стоимости материалов на 1 м бетона. Для конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов классов В2,5-В5 подобранный состав должен обеспечивать получение минимально возможной плотности, за исключением случаев, когда требуемая нормативно-технической документацией плотность легкого бетона не может быть ниже нормируемой.
1.5. Подбор конструкционного и конструкционно-теплоизоляционного состава легких бетонов включает в себя выбор исходных материалов, расчет начального и определение номинального состава бетона и его проверку в производственных условиях, назначение и корректировку рабочего состава, расчет и передачу в производство рабочих дозировок.
1.6. Подбор номинального состава легкого бетона производят при организации производства новых видов конструкций, при изменении нормируемых показателей качества бетона или бетонной смеси, технологии производства, поставщиков, вида применяемых материалов, а также при разработке и пересмотре производственных норм расхода материалов.
1.7. Номинальный состав легкого бетона необходимо назначать по результатам обработки данных испытаний образцов, изготовленных из опытных замесов в лабораторных или производственных условиях на материалах, наиболее представительных для данного предприятия с учетом применяемой технологии приготовления и транспортирования смеси, формования и твердения изделий.
1.8. Варьируемыми технологическими параметрами при подборе номинального состава конструкционно-теплоизоляционного бетона могут быть: плотность бетона, расход мелкого заполнителя или цемента, расход воздухововлекающей (порообразующей) добавки. При подборе номинального состава конструкционного бетона за варьируемый технологический параметр принимается расход цемента. В необходимых случаях в качестве варьируемого технологического параметра можно принимать расходы пластифицирующей или минеральной добавки, а также крупного пористого заполнителя.
1.9. Для расчета начальных составов бетона при подборе номинального состава помимо методики, описанной в настоящих Рекомендациях, допускается применять другие методы, детально учитывающие специфику отдельных разновидностей легких бетонов, условия их приготовления и применения.
1.10. Для построения технологических (базовых) зависимостей, особенно при подборе составов бетона с комплексными химическими, минеральными добавками и (или) использованием многофракционных заполнителей, можно использовать математические методы подбора состава бетона с применением планирования эксперимента.
1.11. Рабочие составы легкого бетона назначают при переходе на новый номинальный состав, а также при поступлении новых партий материалов тех же видов, которые принимались при подборе номинального состава, с учетом их фактического качества.
Рабочие составы легкого бетона назначаются по предварительно построенным базовым зависимостям с их проверкой в производственных условиях.
1.12. Корректировку рабочих составов производят по результатам операционного контроля качества материалов данных партий и получаемой из них бетонной смеси, а также по результатам приемо-сдаточного контроля качества бетона. Основными показателями при операционном контроле являются:
насыпная плотность крупного пористого заполнителя, оцениваемая по данным объемно-весового дозирования, влажность заполнителя, плотность (преимущественно для конструкционно-теплоизоляционного бетона) и удобоукладываемость (преимущественно для конструкционного бетона) бетонной смеси.
1.13. Корректировку рабочих составов производят по таблицам (алгоритмам) объемно-весового дозирования и построенным в ходе подбора номинальных составов базовым зависимостям, связывающим показатели качества бетонной смеси и бетона с расходом основных компонентов.
1.14. Подбор состава бетона выполняется лабораторией предприятия-изготовителя или центральными научно-исследовательскими лабораториями по утвержденному заданию, разработанному технологической службой предприятия-изготовителя.
1.15. Результаты подбора номинального состава легкого бетона, отвечающего требованиям утвержденного задания, должны быть оформлены в журнале подбора состава бетона и утверждены главным инженером предприятия-изготовителя. Рабочие составы подписываются начальником лаборатории или другим лицом, ответственным за подбор состава бетона.
1.16. При малых объемах или малосерийном нерегулярном производстве конструкций и изделий допускается принимать ориентировочные составы легких бетонов на наиболее массовых пористых заполнителях, приведенные в приложении 1 (без проведения подбора номинального состава), с обязательной проверкой их в производственных условиях.
2. ПРОЕКТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЛЕГКИМ БЕТОНАМ И БЕТОННЫМ СМЕСЯМ
2.1. Основные показатели свойств легких бетонов для конструкций конкретной номенклатуры устанавливаются проектной организацией и указываются в проектной документации в соответствии с существующими нормами проектирования и стандартами на изделия и конструкции с учетом максимального удовлетворения требований экономичности и технологичности изготовления, транспортирования и применения конструкции, а также требований защиты окружающей среды.
2.2. Технологические требования к легким бетонам и легкобетонным смесям для конструкций конкретной номенклатуры устанавливают технологические службы предприятия-изготовителя в соответствии с положениями СНиП 3.09.01-85 и нормативно-технической документацией по технологии монолитного бетона с целью обеспечения необходимого качества изделий (конструкций) и соответствия свойств легкого бетона в конструкциях требованиям проекта с учетом специфических условий производства - методов, режимов и оборудования для приготовления, транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси, твердения бетона, исходя из максимального сокращения и улучшения условий труда, экономии материальных и топливно-энергетических ресурсов.
2.3. Проектные и технологические требования к легким бетонам и легкобетонным смесям должны быть полностью отражены в задании на подбор состава легкого бетона.
ПРОЕКТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЛЕГКИМ БЕТОНАМ
2.4. Легкие бетоны должны соответствовать техническим требованиям, предъявляемым ГОСТ 25820-83*, и обеспечивать изготовление изделий и конструкций, удовлетворяющих требования стандартов, технических условий, проектной и технологической документации на изделия и конструкции конкретных видов.
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 25820-2000, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.
2.5. Основными характеристиками легких бетонов, указываемыми в проектной документации, являются класс (марка) по прочности (В или М) и марка по средней плотности (D) (далее - плотности). Марки по плотности устанавливаются в сухом состоянии.
2.6. Для бетонных и железобетонных конструкций, в соответствии со СНиП 2.03.01-84* предусматриваются легкие бетоны следующих классов по прочности на сжатие при марках по плотности:
На территории Российской Федерации документ не действует. Действуют СНиП 52-01-03, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.
Сложность подбора состава легких бетонов состоит в необходимости получения при минимальном расходе вяжущего, кроме требуемой прочности, также наименьшей объемной массы, а иногда и коэффициента теплопроводности бетона.
Подбор состава смеси для легкого бетона существенно отличается от подбора состава обычной бетонной смеси, что связано с рядом характерных особенностей легких бетонов.
При использовании пористых заполнителей задача подбора состава бетона усложняется еще и тем, что трудно установить истинное водоцементное отношение и определить требуемую удобоукладываемость смеси. Кроме того, вследствие небольшой массы и обычно угловатой формы зерен заполнителя, а также развитого характера их поверхности и большого внутреннего трения при укладке смеси для легкого бетона компактность составляющих, как правило, достигается при большой работе уплотнения.
Особенности легкого бетона
| Основные показатели | Требования, предъявляемые к бетонам | |
| легким | тяжелым | |
| Основной фактор прочности бетона | Расход цемента при оптимальном расходе воды на 1 м 3 бетона | Водоцементное или цементно-водное отношение |
| Объемная масса | Должна быть не более заданной | Может быть любой |
| Прочность заполнителя | Обычно в несколько раз меньше проектной марки бетона | Должна быть в 1,5-2 раза выше проектной марки бетона |
| Зерновой состав заполнителя | Сильно влияет на объемную массу и прочность бетона, а также на расход цемента | Влияет на расход цемента |
| Расход вяжущего | Влияет на объемную массу и стоимость бетона | Влияет на стоимость бетона |
Подбор состава легких бетонов наиболее целесообразно проводить расчетно-экспериментальным методом, который состоит из следующих этапов:
1) выбора предельной крупности заполнителя; 2) назначения зернового состава заполнителей; 3) определения расхода вяжущего и добавок для опытных замесов; 4) определения оптимального количества воды для выбранных расходов вяжущего и принятых параметров уплотнения смеси; 5) установления зависимости между расходом вяжущего и прочностью бетона при заданных условиях его уплотнения и твердения; 6) расчета производственного состава бетона.
Подбор состава легкобетонной смеси с оптимальным расходом воды. Наибольший допустимый размер зерен крупного заполнителя выбирают в зависимости от размеров конструкции и расположения арматурных стержней. Кроме того, при выборе предельной крупности пористых заполнителей необходимо учитывать, что с ее уменьшением повышается подвижность и связность бетонной смеси, а ее увеличение приводит к снижению объемной массы бетона. В большинстве случаев крупность пористого щебня принимается не более 20 мм, а пористого гравия — 40 мм.
Для определения зернового состава пористых заполнителей, обеспечивающего получение бетона заданной объемной массы и прочности при наименьшем расходе вяжущего, используют следующие способы:
1. а) исходя из заданной объемной массы сухого бетона и принятого расхода цемента, определяют требуемое количество заполнителей (кг/м 3 ) по формуле
где γоб.б. — требуемая объемная масса сухого бетона, кг/м 3 ; Ц— расход цемента, кг/м 3 ;
б) в зависимости от вида и назначения бетона выбирают ориентировочные зерновые составы заполнителей по таблицам или графикам нормативных документов;
в) опытным путем уточняют выбранный зерновой состав заполнителей, для чего изготавливают и испытывают контрольные образцы из бетонных смесей, отличающихся содержанием песка на ± 15%. Причем эту операцию производят одновременно с уточнением количества вяжущего и воды.
2. Подбирают несколько составов бетонов, в которых зерновые заполнителей отличаются различным содержанием песчаных в смеси заполнителей. Как минимум, проверяют три состава, состав, в котором отсутствует мелкий заполнитель, получение бетона с наименьшей объемной массой, но требует наибольшего расхода вяжущего. Другие два состава с содержанием песчаных фракций в смеси заполнителей 30 и 60% находятся в области меньших расходов вяжущего, но по сравнению с первым составом приводят к повышению объемной массы бетона. В целях повышения точности определения зернового состава заполнителей испытывают промежуточные составы с содержанием песчаных фракций в смеси заполнителей 15 и 45%. Для каждого зернового состава заполнителя изложенными ниже методами назначают расход вяжущего и воды.
По результатам испытаний бетонов с различным зерновым составом и расходом вяжущего строят кривые зависимости объемной массы бетона и расхода цемента от зернового состава заполнителей. По второй кривой устанавливают зерновой состав, при котором данный заполнитель обеспечивает получение наиболее прочного бетона с наименьшим расходом вяжущего, а по первой кривой находят, какую объемную массу будет иметь бетон при этом зерновом составе. Если же объемная масса бетона окажется больше требуемой, то по первой кривой выявляют точку, соответствующую заданной объемной массе, а по второй — необходимый зерновой состав заполнителей для этой точки. Выявленный таким образом зерновой состав заполнителей обеспечит получение бетона с заданной объемной массой и прочностью при наименьшем расходе вяжущего. Если кривая объемной массы располагается выше ординаты с заданной объемной массой, то на данном заполнителе не может быть получен бетон требуемой объемной массы и прочности.
3. Расход вяжущего и добавок для опытных замесов при подборе состава бетона с определенной прочностью и объемной массой устанавливают по таблицам нормативных документов с учетом поправочных коэффициентов, отражающих влияние марки цемента и заполнителей, вида и количества тонкомолотых и поверхностно-активных добавок и других факторов, а затем уточняют его опытным путем, изготавливая бетоны с пониженным на 25% и повышенным на 35% расходом вяжущего.
При необходимости подбора состава бетона различного вида и назначения с отличными прочностью и объемной массой для каждого из принятых зерновых составов заполнителей назначают по 3-5 расходов вяжущего в пределах от минимально допустимого количества до наибольшего (400-450 кг на 1 м 3 уплотненной бетонной смеси).
4. Оптимальный расход воды для бетона с выбранными зерновым составом и расходом вяжущего находят путем изготовления 3-5 серий бетонных образцов с различным расходом воды.
Первый (исходный) расход воды устанавливают по таблицам нормативных документов или опытным путем. При опытном определении готовят смесь, которая комкуется при сжатии в руке, не прилипая к ней, и имеет характерный блеск. Кроме того, приготавливают замесы с большим и меньшим на 10-20%, чем в первом замесе, содержанием воды. Изготовив из всех замесов образцы, определяют объемную массу уложенной смеси и коэффициент выхода бетона или после пропаривания устанавливают объемную массу и прочность бетона.
Построив графики зависимости коэффициентов выхода или прочности бетона от расхода воды, для каждого расхода вяжущего находят оптимальное содержание воды по наименьшему коэффициенту выхода или наибольшей прочности бетона.
Для уменьшения количества изготавливаемых образцов определение оптимального водосодержания производят только при наибольшем и наименьшем расходах вяжущего, а при других расходах Цх оптимальное количество воды Вх (л или см 3 на 1 м 3 бетона) рассчитывают по формуле
где В1 — оптимальный расход воды на 1 м 3 бетона (или на замес) при меньшем расходе цемента Ц1, л или см 3 ; В2 — оптимальный расход воды на 1 м 3 бетона (или замес) при большем расходе цемента Ц2, л или см 3 .
5. Определив оптимальные зерновые составы заполнителей и содержание воды при различных расходах вяжущего, устанавливают зависимость прочности бетона от расхода вяжущего, для чего строят график (см. рис. 3), по оси абсцисс которого откладывают расходы вяжущего в кг на 1 м 3 бетона, а по оси ординат — предел прочности бетонных образцов при сжатии для каждого из расходов цемента с оптимальным расходом воды. По графику определяют требуемый расход цемента для получения бетона заданной прочности при данных условиях уплотнения и твердения. Расход воды на 1 м 3 бетона заданной прочности определяют путем построения кривой зависимости оптимального расхода воды от расхода вяжущего или расчетным путем по вышеприведенной формуле.
6. Назначение производственных составов бетонных смесей производят путем корректировки подобранных в лаборатории составов, для чего в последние вносят поправки, учитывающие разницу в степени дробления и истирания заполнителей при перемешивании смеси в лабораторном и производственном смесителях. Уточненный расход компонентов на 1 м 3 бетона устанавливают по выходу бетона.
Особенности подбора легкобетонных смесей с заданной подвижностью. Подбор состава легкобетонных смесей с требуемой подвижностью и определение предельной крупности заполнителей осуществляют тем же методом и в той же последовательности, что и примесей с оптимальным расходом воды. Однако с уменьшением крупности заполнителей увеличивается подвижность смеси, наибольшую крупность заполнителя рекомендуется принимать для смесей с осадкой конуса 3-8 см — не выше 20 мм, а при осадке конуса более 8 см — 10 мм.
Зерновой состав заполнителей назначают теми же способами, что при подборе бетона с оптимальным расходом воды. Если при выбранном по графикам зерновом составе заполнителей и требуемой подвижности смесь расслаивается или же требуется больший расход вяжущего для получения бетона заданной прочности, то принимают следующие меры: в смеси заполнителей увеличивают содержание песчаных фракций, в основном мелких, размером до 1,2 мм; уменьшают предельную крупность заполнителя до 10 мм. Если же даже при очень большом расходе вяжущих и песка не достигается заданная подвижность смеси, в нее вводят микропенообразующие добавки (легкие бетоны с поризованным раствором).
Подвижные смеси на ряде пористых заполнителей (например, шлаковой пемзе) практически можно получить только при введении микропенообразующих добавок.
Расход воды для получения требуемой подвижности смеси подбирают опытным путем отдельно для каждого зернового состава данного заполнителя и количества вяжущего.
Расход вяжущего, обеспечивающего получение бетона требуемой прочности при заданной подвижности бетонной смеси, а также расход воды и заполнителей на 1 м 3 бетона, определяют таким же путем, как и при подборе составов легких бетонов с оптимальным расходом воды.
РУКОВОДСТВО
ПО ПОДБОРУ СОСТАВОВ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
Рекомендовано к изданию решением секции заводской технологии бетона и железобетона НТС НИИЖБ Госстроя СССР.
Руководство содержит основные положения и рекомендации по подбору составов тяжелого бетона различного назначения как для изготовления сборных конструкций, так и для монолитного строительства.
Изложены требования к материалам, приведены справочные данные о предельных значениях водоцементного отношения и расхода цемента, даны вспомогательные таблицы, графики и номограммы. Приведены четыре метода и даны примеры подбора составов бетона и их корректирования.
Предназначено для инженерно-технических работников заводов железобетонных изделий, строительных и проектных организаций.
Настоящее Руководство составлено к пп.4.10 и 4.11 главы СНиП III-15-76* "Бетонные и железобетонные конструкции монолитные" и содержит рекомендации по выбору материалов и подбору составов тяжелого бетона различных назначения и марок, включая высокопрочный, особотяжелый и напрягающий, по прочности, самонапряжению, морозостойкости, долговечности и подвижности бетонной смеси.
* На территории Российской Федерации действуют СНиП 3.03.01-87, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.
В Руководстве приведены четыре метода (в том числе ускоренный метод оценки активности цемента в бетоне и назначение его состава, а также математико-статистический метод), позволяющие решить задачу подбора рационального состава бетона для заводов сборного железобетона и монолитного строительства как при наличии подробных данных о составляющих материалах, так и при отсутствии их, в частности при отсутствии сведений об активности цемента.
Использование одного из изложенных методов позволяет подобрать состав бетона для проверки его опытным затворением с последующей корректировкой подвижности смеси, содержания песка, прочности и других свойств бетона. Четвертый метод подбора состава бетона с применением математико-статистических методов применяется для решения задачи подбора ряда составов бетонов нескольких марок по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и др. при различной подвижности смеси.
Настоящее Руководство разработано НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук Л.А.Малинина, кандидаты техн. наук В.М.Медведев и В.П.Сизов при участии д-ра техн. наук, проф. В.В.Михайлова, кандидатов техн. наук М.И.Бруссера, И.М.Красного, A.В.Лагойды, О.Е.Королевой, С.Л.Литвера, Э.Г.Соркина, B.П.Петрова, В.Г.Довжика, Л.И.Будогянца, инженеров В.Ф.Хардиной и В.А.Загурского).
В Руководстве использованы материалы НИИЖБ Госстроя СССР (доктора техн. наук С.А.Миронов и И.М.Френкель), МИСИ им. В.В.Куйбышева Министерства высшего и среднего образования СССР (доктора техн. наук, профессора Ю.М.Баженов и Г.И.Горчаков, кандидаты техн. наук Л.А.Алимов и В.В.Воронин), Союздорнии Минтрансстроя СССР (канд. техн. наук А.М.Шейнин), ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева Минэнерго СССР (кандидаты техн. наук Ц.Г.Гинзбург и В.Б.Судаков).
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Руководство устанавливает порядок выбора материалов (составляющих) для бетона и методы подбора составов тяжелого бетона различных марок по прочности на сжатие, водонепроницаемости, морозостойкости и другим свойствам бетонов, приготовляемых на цементах различных видов и марок и тяжелых заполнителях, применяемых для изготовления сборных конструкций и возведения монолитных сооружений.
1.2. Методика, изложенная в Руководстве, обеспечивает получение бетонной смеси требуемой подвижности или жесткости и бетона с заданными свойствами.
1.3. Подбор составов бетона производится с учетом исходных данных раздела 3 настоящего Руководства одним из трех методов:
а) расчетно-экспериментальным - по формулам и графикам или таблицам, когда имеются данные об активности цемента и качестве заполнителей (раздел 4);
б) ускоренным, когда отсутствуют данные об активности цемента и качестве заполнителей (раздел 5);
в) по таблицам, графикам и номограммам, когда имеются подробные данные по качеству составляющих бетон материалов (раздел 6).
Три метода позволяют решить задачу по подбору номинального (лабораторного) состава бетона для пробных замесов на сухих материалах.
1.4. Подобранные (расчетные) составы бетона корректируются на опытных замесах по подвижности смеси и оптимальному количеству песка в смеси заполнителей, проверяются на прочность и другие свойства бетона в соответствии с техническим заданием и после уточнения их передаются на производство.
1.5. Производственные составы бетона рассчитываются с учетом фактической влажности заполнителей, применяемых при приготовлении бетона, путем корректировки количества воды затворения и влажных заполнителей.
1.6. В разделе 9 изложены принципы подбора и корректирования состава бетонов с применением математико-статистических методов, позволяющих решить задачу подбора составов бетонов ряда марок по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и др. при различной подвижности (жесткости) смесей.
1.7. Составы особых видов бетонов должны подбираться с учетом рекомендаций, приведенных в прил. 2 настоящего Руководства.
2. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОНА
2.1. Материалы для приготовления бетона должны отвечать всем требованиям, изложенным в государственных и отраслевых стандартах на эти материалы.
При несоответствии отдельных составляющих бетон материалов требованиям ГОСТ и ТУ необходимо провести их испытание в бетонах и дать технико-экономические обоснования целесообразности их применения.
** На территории Российской Федерации действует ГОСТ 22266-94, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.
Рациональные марки цементов для бетона различных марок приведены в табл.1.
В зависимости от вида применяемого крупного заполнителя легкие бетоны на пористых заполнителях именуют керамзитобетоном, шлакобетоном, аглопоритобетоном, туфобетоном и т. д.
По структуре легкие бетоны на пористых заполнителях делят на следующие основные группы: обычные легкие бетоны, изготовляемые из вяжущего, воды, крупного и мелкого заполнителя, межзерновые пустоты которых полностью заполнены раствором; малопесчаные легкие бетоны, приготовляемые из вяжущего, воды, крупного и мелкого заполнителя, межзерновые пустоты которых заполнены раствором лишь частично; беспесчаные (крупнопористые) легкие бетоны с расходом вяжущего не более 300 кг/м 3 , в которых отсутствует мелкий заполнитель; поризованные легкие бетоны, состоящие из вяжущего, воды, кремнеземистого компонента, крупного заполнителя и порообразователя.
По виду применяемого вяжущего легкие бетоны на пористых заполнителях делят на цементные, цементно-известковые и др.
Основные физико-механические показатели легких бетонов зависят от многих факторов, важнейшими из которых являются качество заполнителей и их зерновой состав, вид и количество вяжущего и добавок, содержание воды в смеси, а также способы и режимы их укладки и уплотнения.
Наибольшее влияние на объемную массу и прочность легких бетонов оказывает зерновой состав и качество заполнителей (объемная масса и прочность, а также форма и характер поверхности зерен. Так как зерна крупного заполнителя благодаря пористому строению обладают по сравнению с песчаными фракциями меньшей объемной массой и прочностью, то при увеличении содержания крупного заполнителя в смеси, объемная масса и прочность бетона снижаются. Крупнопористые бетоны, состоящие преимущественно из пористого щебня или гравия, обладают наименьшей объемной массой, однако их прочность невелика. С повышением доли мелкого заполнителя прочность бетонов возрастает, но одновременно увеличивается и их объемная масса.
Объемная масса легких бетонов в значительной мере зависит от качества заполнителей. Исследованиями установлено, что объемная масса легких бетонов тем меньше, чем прочнее зерна заполнителя, более округла их форма и ровнее их поверхность.
Прочность и объемная масса легких бетонов с увеличением расхода вяжущего возрастают, что объясняется повышением содержания в бетоне более прочного, но в то же время и более тяжелого компонента — цементного камня.
| Зависимость объемной массы и предела прочности легкого бетона на пористых заполнителях от расхода вяжущего |
Получение наиболее легкого и экономичного по расходу вяжущего бетона может быть достигнуто при таком зерновом составе заполнителей, который бы обеспечивал получение бетона заданной прочности при наименьшем расходе вяжущего. Как показали исследования, наименьший расход вяжущего имеет место при определенном соотношении между мелкими и крупными фракциями и небольшом количестве средних (1,2—5 мм) фракций заполнителя.
| График для определения оптимального зернового состава пористого заполнителя по кривым расхода цемента 1 и объемной массы легкого бетона 2 |
 |
Зерновые составы заполнителей, кривые просеивания которых находятся в пределах заштрихованной площади, обеспечивают наименьшую пустотность и получение бетона с наименьшим расходом вяжущего. Наименьшего расхода вяжущего без снижений прочности бетона можно достигнуть и при использовании высокоактивного вяжущего. При этом за счет сокращения количества цементного камня уменьшается и объемная масса бетона.
| Рекомендуемые зерновые составы пористых заполнителей: а — песка, б — щебня (гравия) |
 |
Большое влияние на свойства легкобетонных смесей и бетонов оказывает содержание воды. Зависимость прочности легкого бетона определенного состава при одинаковом содержании цемента от количества воды в смеси показана на рис. ниже.
| Зависимость прочности легкого бетона на пористых заполнителях от количества воды |
 |
Левая, восходящая, ветвь кривой показывает, что с увеличением расхода воды в смеси прочность и объемная масса бетона постепенно увеличиваются. Это происходит за счет того, что с повышением расхода воды увеличивается количество цементного теста и растет подвижность смеси, в результате чего повышается ее плотность. Правая, нисходящая, ветвь кривой свидетельствует о том, что после достижения наибольшей относительной плотности смеси при заданных параметрах уплотнения (точка перегиба кривой) дальнейшее увеличение количества воды приводит к уменьшению плотности и прочности цементного камня и всего бетона. Как известно, в обычном бетоне при неизменном расходе цемента с увеличением количества воды, как правило, его прочность снижается.
Количество воды, которое при данных параметрах уплотнения обеспечивает наилучшую удобоукладываемость и наибольшую плотность легкобетонной смеси, называют оптимальным. Практически оптимальное количество воды можно устанавливать или непосредственно по прочности бетона или приближенно — по наибольшей объемной массе и выходу бетона. Легкобетонные смеси с оптимальным количеством воды обладают повышенной жесткостью и применяются при изготовлении изделий с виброуплотнением в горизонтальных формах. В тех случаях, когда по условиям производства требуются подвижные смеси (например, при изготовлении тонкостенных изделий в вертикальных формах), подбирают смеси с заданной подвижностью. Однако последние менее экономичны, так как требуют на 20—30% больше расхода вяжущего.
Немаловажное влияние на прочность бетона оказывает способность пористых заполнителей в процессе приготовления и укладки смеси поглощать воду, а затем постепенно отдавать ее в твердеющий цементный камень. Это свойство пористых заполнителей, названное проф. М.3. Симоновым «самовакуумированием», создает благоприятные условия для твердения цементного камня, что в конечном счете приводит к повышению его плотности и прочности и обеспечивает лучшее сцепление с зернами заполнителя.
Величина объемной массы и прочность бетона зависят также тщательности перемешивания и степени уплотнения смеси. Тщательное перемешивание смеси обеспечивает лучшую ее однородность, что позволяет уменьшить расход вяжущего. В результате повышения степени уплотнения происходит более плотная укладка смеси, что приводит к значительному повышению прочности бетона (иногда вдвое и более).
Как установлено Н. А. Поповым, повышение прочности легкого бетона пропорционально корню квадратному из величины, характеризующей работу уплотнения смеси. При этом наивысший эффект достигается для бетонов, изготовленных из смесей с малой подвижностью и небольшим расходом вяжущего.
Таким образом, в результате тщательного уплотнения смеси достигается значительная экономия вяжущего без снижения прочности бетона. Если учесть, что с повышением плотности укладки зерен увеличивается содержание легкого заполнителя в единице объема смеси, то при изготовлении равнопрочных бетонов интенсивное уплотнение легкобетонных смесей обеспечивает значительное сокращение расхода вяжущего практически без увеличения объемной массы бетона. В некоторых случаях объемная масса бетона даже уменьшается.
Легкобетонные смеси. По сравнению с обычными (тяжелыми) бетонными смесями легкобетонные смеси обладают рядом особенностей, связанных главным образом со своеобразным строением и свойствами пористых заполнителей. В отличие от обычных смесей, на удобоукладываемость легкобетонных смесей, помимо величины сил трения между отдельными компонентами, существенное влияние оказывает объемная масса смеси, которая в зависимости от вида, свойств и количества легких заполнителей может колебаться в значительных пределах. Удобоукладываемость легкобетонных смесей улучшается не только с уменьшением сил трения, но и при увеличении объемной массы смеси.
Повышение подвижности легкобетонных смесей можно обеспечить введением гидрофобизующих добавок (например, мылонафта). При этом влияние таких добавок на подвижность смесей сказывается тем сильнее, чем меньше в них вяжущего и песка. Гидрофильные вещества (например, сульфитно-дрожжевая бражка) подвижность легкобетонных смесей практически не изменяют.
Неправильная форма и шероховатая поверхность зерен большинства пористых заполнителей приводит к резкому увеличению сил трения между ними, благодаря чему легкобетонные смеси при оптимальных расходах воды относятся в большинстве случаев к жестким смесям. Легкобетонные смеси на пористом гравии (например, керамзите) с меньшей наружной поверхностью зерен по сравнению со смесями на пористом щебне отличаются повышенной удобоукладываемостью.
Кроме того, пористый щебень и песок из-за сильно развитой поверхности и неправильной формы зерен обладают увеличенным объемом межзерновых пустот, для заполнения которых требуется в 1,5-2 раза больше цементного теста, чем в обычных бетонах с тяжелым заполнителем.
В зависимости от удобоукладываемости легкобетонные смеси делят на жесткие с показателем жесткости более 15 с, малоподвижные с ОК 0,5-2 см и подвижные с ОК более 2 см.
Читайте также: